35吨铝合金均质炉燃气技术方案

一．设备简述1.1设备名称：35吨铝棒均质加热炉1.2设备用途：本型炉系周期作业式电阻炉，主要用于各种铝棒、卷材的均质加热处理。

二、设备主要技术参数2.1炉子形式：强制热风循环电加热均质炉，全纤维保温方式2.2用途：铝棒均匀化处理2.3设计装炉量： 35吨2.4均质铝棒长度： 7.5m2.5生产能力： 4.5t/h2.6适应材质：需均质处理的各种铝材2.7最高温度： 650℃2.8工作温度： 500℃～610℃（可调）2.9有效区内温度均匀性：≤±5℃2.10温控方式： PLC（SIMENS S7-300产品）自动控温/备用仪表控温2.11加热和控制区数： 3区2.12燃烧方式: 脉冲式燃烧，可以手动、自动操作，PLC进行集中管理及监控，自动熄火保护。

2.13炉壁平均温升：≤40℃+室温（热桥点除外）2.14噪音：≤75dB（距炉子1米处）2.15炉膛有效尺寸：长7500×宽2800×高1800mm2.16加热方式：天然气自身预热式烧嘴+P型辐射管2.17热风循环方式：3台高温轴流风机强制循环，电机采用双速电机/变频调速，单台风机静压926Pa，风量98000m3/h，风机轴承采用端面润滑并进行水冷2.18热电偶: k型热电偶测温、记录监测炉温2.19设备能源消耗供电参数：380V±10% 50Hz±2.5 3相烧嘴：空气自身预热辐射管烧嘴Sinmax 5MB 200kw烧嘴数量：12支，4支1区辐射管：310S不锈钢P型辐射管，燃料耗量：230Nm3/h空气消耗量：2400Nm3/min烟气量：2640Nm3/min 压力4～6kPa冷却水耗量：加热保温时5T/h ；0.3～ 0.4MPa压缩空气消耗量：～8Nm3/h 压力0.4～0.6MPa2.20燃料及发热值: 天然气8100Kcal/Nm32.21助燃风系统: 高压离心风机+变频器2.22排烟系统: 高温引风机引射排烟+掺冷风+变频器2.23天然气供气压力: 5-10kPa2.21烧嘴前空气压力: 3～6kPa2.22炉门: 炉门采用电动升降结构,压紧方式为气缸压紧三、设备组成本设备考虑了炉子的操作可靠性、维修方便性、经济节能等方面的现实需要和要求，本加热炉炉由炉体、炉衬、炉门及升降装置、燃烧系统、供风排烟系统、热风循环系统及电器控制系统等组成。

在整体设备设计中，各动作指令加热之间均设置有安全连锁装置。

四、设备概述4.1炉体及内衬结构35T吨均质炉按三区设置，采用箱式炉体结构。

炉壁、炉底、炉顶，全部采用双层钢板中间填以用锚固件固定的绝热材料，炉子外壳用Q235-A钢板并用型钢加强，采用连续气密焊缝保证具有足够的强度、刚度和气密性。

炉子内壁考虑到受热膨胀，在结构上作相应处理，为防止氧化，保证炉内铸锭质量，内壁材料采用SUS304钢板分块搭接拼装结构，并用锚固件与外壁板固定，炉子绝热材料内层采用硅酸铝纤维针刺毯，外层采用岩棉板。

导流板采用SUS304钢板制造，并考虑循环风的导向，消除风循环死角。

同时，为提高保温性，在保温层间敷设了一层隔热铝箔，以保证炉壁温升不大于40℃；为防止炉内热量从热桥点（炉内、外壁拉杆）的直接散失，拉杆采用破断式间接拉杆。

这种结构的炉体热容量小、保温性好、耐冲刷、保证炉内无尘气氛。

炉门框立柱采用型钢组合，截面为矩形的框架式结构，这样，钢结构整体重量较轻，抗弯强度高，钢性好，炉门柱上横梁根据承载负荷放大系数选定型钢，确保抗弯强度，并与立柱形成钢性框架，承载炉门升降的负荷和冲击。

炉顶采用型钢横梁结构，即炉顶周围采用型钢做出整体圈梁，横向排列的受力横梁端部与圈梁连接，承载整个炉顶耐火材料的重量，炉顶横梁型钢一律经过强度校算。

炉壳焊接检验后，炉体经过除锈处理后喷涂底漆一遍，面漆两遍，颜色为耐高温银粉漆，动力管道等系统喷涂符合国家标准。

炉体钢结构均分块在厂内制作，采用分段组装结构形式，运输便捷、安装方便、只需按预先设计的顺序安装即可，现场工作量小，安装周期短。

整个炉体具有较强的刚性，外形美观、牢固可靠、长期使用不易变形等特点。

炉体侧墙上合理安装观察孔及温度均匀性检验孔，观察口采用石英玻璃，以便运行过程中观察炉内状况。

控温偶带热电偶座，热电偶伸入长度可调固定牢固并与炉体密封良好；炉体上的炉压取样管按规范制造安装，伸入炉膛内的插入管采用耐热不锈钢管，外端带有塞盖便于维修，保持管路畅通。

在炉子侧方设置安装扶梯和梯台，炉顶设有人行通道台板、检修平台及围栏，设计时考虑控温偶维修更换操作方便。

炉子所用梯台和护栏均按国家安全评价标准设计制造安装。

炉体侧墙、后墙及炉顶采用层铺叠铺结合的穿杆锚固的全纤维高效节能炉衬。

全纤维总厚度为300㎜。

炉底采用重质耐火砖和保温砖砌筑的复合结构厚度330mm。

4.2热风循环系统及导流装置该系统是保证产品达到工艺要求的加热速度和温度均匀性的关键，为强化热交换保证产品质量，热风循环系统采用三台高温轴流风机，电机采用双速电机/变频调速。

低温时低俗运转，升到高温时自动转换为高速。

采用该系统的炉子，炉气温度和制品温度均匀性可达≤±5℃.风机轴承选用进口轴承厂产品，轴承进行特殊改装，油脂润滑。

导流装置由不锈钢制成水平导流板和垂直导流板及导流弧板等，宽风道低流阻设计加上大流量高温轴流风机，使炉内气流作定向、高速循环，既消除了循环死角，又能保证升温快、热效率高、炉膛内温度场均匀。

导流板采用不锈钢板2mm制作，导流板设计成模块状，分体可拆卸式，各边缘处折制成加强筋，顶部导流板承重点设计到炉体顶部钢结构，侧部导流板炉承重点也设计到炉体顶部钢结构，各块板材之间用不锈钢螺栓连接，各直角处做圆弧处理，减少风道内风阻。

顶及侧部吊杆采用φ25圆钢制作，吊杆与炉体连接部位做隔热处理。

密封严密、不变形、无泄露。

4.3燃烧系统本系统由12支自身预热式烧嘴及中间管网组成，采用P型辐射管间接加热。

采用大、小火脉冲控制方式，有效延长辐射管使用寿命并提高炉温均匀性。

并配以高可靠的自控装置，形成一个完整的系统。

4.3.1、天然气管路1）阀站本热处理炉的天然气管道从天然气主管引入，总阀设有手动闸阀控制，主阀后的天然气管路采用无缝管焊接而成，燃气主管路上（阀站）配置有截止阀，减压阀，过滤器，高、低压压力开关，安全快速切断电磁阀，压力显示仪表及安全释放阀。

2）烧嘴采用自身预热式烧嘴。

P型辐射管加热，烧嘴产生的烟气不会接触到工件，避免工件在热处理过程中氧化。

12支烧嘴，烧嘴安装在炉顶上部两侧，对称分布。

PID调节，确保炉温的均匀性，PLC 控制系统接受检测温度控温仪表的信号后，根据温度的变化需求，控制烧嘴的燃烧状态，达到控制和调节炉温目的。

4.3.2、燃烧控制1）烧嘴控制系统具有自动点火、手动点火、火焰检测、脉冲加热、断火报警等功能。

采用电极监测及点火方式，具备远程、本地两种控制切换功能，以方便现场调试、监测和使用。

燃烧调节系统可自动根据空气压力、天然气压力、流量等数据的变化进行随动调节，保证燃烧的充分性及稳定性。

具备完善的烧烧安全保护系统。

在自动情况下，点火指令由PLC运行的程序给出，点火时序与手动情况下一致，运行及报警指示相同。

烧嘴控制器具有火焰检测、自动点火、熄火报警及判断等功能。

2）采用电磁脉冲燃烧方式控制，根据热处理工艺要求采用大火、小火脉冲和小火、关断脉冲两种脉冲控制燃烧，确保炉温的均匀性，确保空炉测试时有效加热区内各点温差保证。

3）炉子在加热过程中，烧嘴在满负荷工作，烧嘴燃烧通过辐射管产生的热量被循环风机带动的空气带走，将炉膛的温度搅拌，使炉内气氛温度均匀，提高了辐射传热的效果，从而有效的提高炉膛内温度的均匀性，同时提高了加热质量，并缩短了加热时间。

当热处理炉进入保温阶段时，炉内供热减少，烧嘴在脉冲控制器的控制下可保持良好的着火性能，从而使炉内温度控制在工艺范围之内。

4.3.3、供风及排烟管路1）采用独立供风系统，入风口处设有消声器用来降低风机噪音，改善工作环境。

出口加软连接，基础加减震垫。

风机噪音符合国家标准。

助燃空气风量具备自动调节功能，保证嘴前风压稳定，以适应炉子加热及冷却过程中空气需求量的变化。

风机采用ABB变频器控制调节风量。

2）空气管路及天然气管道设有防爆装置。

3）冷却阶段排放大量烟气和空气，通过烟囱排放至室外。

4）P型管内压力根据工艺要求实现自动控制，通过西门子PLC、变频器控制引风机的引风量。

设有压力开关，压力仪表及压力变送器。

并装有补偿器，在长距离供风管路上消除热胀冷缩带来的变化。

5）助燃风总管路上装有指针式压力表等。

压力表显示助燃风压力，便于操作人员直接观察。

6)烟气由总烟道汇总后通过引风机连接至烟囱排放至室外。

钢质烟囱外壁喷涂高温防锈漆，保证烟囱使用寿命在10年以上。

7）排烟温度及烟气成分控制同时满足当地和国家环保要求。

8）排烟风机采用高温风机，确保在高温状态下长期运行。

4.3.4、电气及自动控制系统电气及自动控制构成及原理，本控制系统主要由智能温控仪表、西门子PLC，各种传感器，执行器以及电动阀件等组成，实现炉温升温、保温自动/手动调节，助燃风压调节、炉压调节以及炉体工况参数，并对温度等数据的实时记录，对各种报警信息进行声、光提示。

该燃气炉的自动控制系统主要由12个烧嘴控制箱，1个标准控制柜，以及其他控制单元组成，分手动/自动控制，具有很高的可靠性，可分为以下几个系统：助燃风管路、燃气管路系统、燃烧系统、仪、电自动控制系统、以及PLC、报警系统等组成。

4.3.5、助燃风管路控制系统由于炉子在加热过程中对助燃空气的需求量变化很大，而系统对空、天然气压力要求非常严格。

因此为保证在任何工况下空气总管压力稳定，该系统配置已具有很大的助燃空气流量调节范围。

风机采用变频控制。

空气管路上设有安全防爆装置。

在炉子的助燃风炉前总管上设置一台压力变送器，和变频器组成风压定值循环调节系统，随着供风量的改变，自动控制和调节炉前总风管压力，使风压控制在最佳值，风阀调节(即风压调节)有自动和在HMI工作站上手操遥控两种控制方式,自动调节炉前助燃风压,使其恒定在7KPa～7.5KPa。

可根据燃烧情况，自动调节空气系统压力和供风量，控制合理的燃烧比例（空燃比控制在1.05～1.1）。

主要由风机、变频器，压力表、压力开关等单元构成，主要要求有恒定的风压，保证系统的稳定燃烧和拥有最佳的空燃比，使燃气能充分燃烧，降低排放物，同时使系统能最大节约能源。

助燃空气压力稳定并能自动调节，数字显示助燃空气压力，在风压欠压时能自动关闭燃气，确保安全。

炉前空气干管末端均设置了带防护罩的防爆膜,以防天然气因阀门泄漏或其它原因渗入空气管路,产生天然气爆炸时,击穿防爆膜泄压,避免造成人身或设备伤害事故;4.3.6、燃气管路控制系统天然气、空气管路的铺设根据炉子安装情况及车间环境合理布置，保证管路走向流畅，与其它部件的安装、操作、维修不发生冲突。